ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HOÀNG VĂN TÁ NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TÍNH BỀN VỮNG CHO HỆ ĐKTN KHI ĐIỀU KHIỂN HỆ PHI TUYẾN CÓ THAM SỐ BIẾN THIÊN VÀ CHỊU NHIỄU TÁC ĐỘNG Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số: 605260 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ 1 2 THÁI NGUYÊN -2009 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN Người hướng dẫn khoa học: TSKH. NGUYỄN VĂN VỴ Phản biện 1: PGS.TS. BÙI QUỐC KHÁNH Phản biện 2: TSKH. BÙI CHÍNH MINH Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại: Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, ĐHTN. Ngày 21 tháng 11 năm 2009 Có thể tìm luận văn tại: Thư viện Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, ĐHTN 2 A.Tên luận văn: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TÍNH BỀN VỮNG CHO HỆ ĐKTN KHI ĐIỀU KHIỂN HỆ PHI TUYẾN CÓ THAM SỐ BIẾN THIÊN VÀ CHỊU NHIỄU TÁC ĐỘNG Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số: 605260 Tác giả: Hoàng Văn Tá Người hướng dẫn: TSKH. Nguyễn Văn Vỵ B.Tóm tắt: Ngày nay nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, điện tử, kỹ thuật máy tính cho phép xử lý được số lượng phép tính lớn, các thuật toán phức tạp… lý thuyết về Điều khiển thích nghi đã được ứng dụng rất rộng rãi và phát triển rất mạnh mẽ, đặc biệt là cho các hệ phi tuyến. (Phần tuyến tính coi như đã được nghiên cứu hoàn chỉnh). Điều khiển thích nghi đang được ứng dụng vào điều khiển các hệ thống lớn, các hệ có thông số biến đổi và đòi hỏi cao về chất lượng điều khiển. Điều khiển thích nghi đảm bảo khả năng xây dựng các bộ điều khiển đáp ứng thời gian thực và nâng cao chất lượng điều khiển cho các đối tượng phức tạp. 3 Trong quá trình mô tả người ta thường đưa ra các giả thiết như bỏ qua khâu động khó mô hình hoặc coi tham số không đổi theo thời gian. Tuy nhiên trong thực tế các giả thiết đó không đáp ứng được, vì vậy hề ĐKTN là không bền vững. Để ứng dụng ĐKTN điều khiển các hệ thực trong thực tế, việc nâng cao tính bền vững cho hệ điều khiển thích nghi là một yêu cầu rất cần thiết. Mục tiêu của đề tài tập trung nghiên cứu việc thiết kế các bộ điều khiển cho các hệ phi tuyến, thoả mãn tính thích nghi đối với các tham số không biết trước thay đổi theo thời gian và bền vững đối với nhiễu ảnh hưởng từ môi trường. Trong đó có chứa phần tử phi tuyến không thể hoặc khó mô hình hoá. Các hệ phi tuyến này có thể mô tả bằng các hệ phương trình vi phân phi tuyến. Các bộ điều khiển được thiết kế sao cho tận dụng được các ưu điểm của Điều khiển thích nghi và Điều khiển bền vững nhưng tránh được các nhược điểm và khó khăn của các phương pháp này. Cuối cùng tìm cách ứng dụng phương pháp điều khiển đã thiết kế vào điều khiển hệ thực tế. Các hệ thống cần được điều khiển trong thực tế đều là các hệ phi tuyến có chứa các tham số không biết trước và chứa các phần tử phi tuyến không thể hoặc rất khó mô hình hoá trong việc xây dựng hệ thống phương 4 trình vi phân mô tả hệ. Ngoài ra trong quá trình làm việc hệ còn bị nhiễu tác động từ môi trường. Các tham số không biết trước có thể là hằng số hoặc biến thiên theo thời gian - Có thể là biến thiên chậm hoặc nhanh theo thời gian. Điều khiển thích nghi bền vững là phương pháp chiếm ưu thế để điều khiển các hệ tổng quát trong thực tế. Điều này phù hợp với yêu cầu của nền sản xuất hiện đại vì các hệ cần được điều khiển trong thực tế đều là các hệ phi tuyến có chứa các tham số không biết trước và các phần tử phi tuyến không thể hoặc rất khó mô hình hoá trong việc xây dựng hệ thống phương trình vi phân mô tả hệ. Ngoài ra trong quá trình làm việc hệ còn bị nhiễu tác động từ môi trường. Các tham số không biết trước có thể là hằng số hoặc biến thiên theo thời gian (Có thể là biến thiên chậm hoặc nhanh theo thời gian). Vì vậy việc nghiên cứu để nâng cao tính bền vững của hệ điều khiển thích nghi là rất cần thiết và cần tập trung nghiên cứu. Nội dung của đề tài bao gồm các phần sau: Chương 1: Tổng quan về lý thuyết ĐKTN. 5 Nội dung của chương này là tìm hiểu những đặc điểm chung nhất của lý thuyết ĐKTN, những ưu điểm, hạn chế của ĐKTN khi điều khiển hệ phi tuyến mạnh. Chương 2: Tính bền vững của ĐKTN hệ phi tuyến. Nội dung tập trung nghiên cứu những đặc điểm của hệ phi tuyến và phương pháp mô tả hệ phi tuyến. Nghiên cứu về hệ điều khiển bền vững đối tượng phi tuyến. Xác định được các nguyên nhân làm cho ĐKTN không bền vững khi điều khiển hệ phi tuyến. Đề xuất được phương pháp khắc phục những tồn tại trên của ĐKTN. Chương 3 : Xây dựng hệ Điều khiển thích nghi bền vững theo mô hình mẫu Nội dung là từ các phương pháp điều khiển thích nghi khác nhau lựa chọn phương pháp phù hợp để từ đó xây dựng được các bộ điều khiển cho hệ truyền động một chiều là hệ đang được sử dụng trong thực tế cho các đối tượng đòi hỏi chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ cao. Chương 4 : Bài toán ứng dụng 6 Nội dung chương 4 là áp dụng phương pháp trên vào điều khiển thiết bị phi tuyến: hệ truyền động quấn băng vật liệu sử dụng động cơ một chiều. Sau khi Tổng hợp bộ điều khiển, tiến hành đánh giá chất lượng điều khiển bằng mô phỏng nhờ phần mềm MATLAB SIMULINK Kết luận: Trong quá trình nghiên cứu đã thu được một số kết quả sau: Đã nghiên cứu cấu trúc và các dạng cơ bản của các hệ thống điều khiển thích nghi. Đã tổng hợp được hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu trực tiếp cho động cơ điện một chiều. Đã tổng hợp sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển thích nghi. Đã mô phỏng được bộ điều khiển cho cơ cấu quấn dây của dây chuyền sản xuất dây quấn máy biến thế trong nhà máy chế tạo máy biến áp. Qua kết quả khảo sát mô hình đối tượng, có thể kết luận rằng: Xây dựng được hệ điều khiển thích nghi bền vững theo mô hình mẫu và ứng dụng luật thích nghi bền vững vào sơ đồ MRAC. Kết quả được ứng dụng vào thiết kế 7 bộ điều khiển thích nghi bền vững cho cơ cấu quấn dây của dây chuyền sản xuất dây quấn máy biến thế trong nhà máy chế tạo máy biến áp. Qua kết quả kiểm nghiệm bằng mô phỏng đã xác định được tính đúng đắn của đề xuất trên và áp dụng vào điều khiển hệ thực phục vụ cho sản xuất. Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của luận văn nhằm góp phần vận dụng lý thuyết ĐKTNBV vào điều khiển nâng cao chất lượng hệ cho cơ cấu quấn dây của dây chuyền sản xuất dây quấn máy biến thế trong nhà máy chế tạo máy biến áp nói riêng và các hệ phi tuyến nói chung. C. Mục lục Lời cam đoan 3 MỤC LỤC 4 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 7 LỜI NÓI ĐẦU 9 CHƯƠNG MỞ ĐẦU 11 Chương I. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI 15 1.1 Lịch sử phát triển của hệ Điều khiển thích nghi 16 1.2 Các sơ đồ Điều khiển thích nghi 18 1.2.1 ĐKTN điều chỉnh hệ số khuếch đại 20 1.2.2 Hệ ĐKTN theo mô hình mẫu 20 1.2.3 Hệ ĐKTN tự chỉnh 21 8 1.3. Hệ Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAC) 24 1.3.1 Phương pháp MRAC trực tiếp 25 1.3.2 Phương pháp MRAC gián tiếp 26 1.4 Những khó khăn của ĐKTN khi đối tượng là phi tuyến 28 1.5 Kết luận chương 1 30 Chương 2. TÍNH BỀN VỮNG CỦA HỆ ĐKTN 32 2.1 Độ bất định của mô hình hệ phi tuyến 33 2.1.1 Sai lệch có cấu trúc 34 2.1.2 Sai lệch không có cấu trúc 35 2.1.3 Mô hình tham số hoá 37 2.2 Điều khiển bền vững hệ phi tuyến 39 2.3 Khả năng mất ổn định của hệ ĐKTN khi đối tượng phi tuyến 40 2.3.1 Hiện tượng trôi tham số 41 2.3.2 Mất ổn định do hệ số lớn 42 2.3.3 Mất ổn định do tốc độ thích nghi nhanh 42 2.4 Điều khiển thích nghi bền vững 43 2.5. Kết luận chương 2 46 CHƯƠNG III. TỔNG HỢP HỆ ĐKTN BỀN VỮNG 48 3.1. Các luật Điều khiển thích nghi bền vững 50 3.1.1 Phương pháp chiếu 51 3.1.2. Phương pháp hiệu chỉnh “Khe hở” 51 3.1.3 Phương pháp “vùng chết” 52 3.2 Hệ MRAC bền vững với các luật thích nghi chuẩn hoá 53 3.3 Kết luận của chương III. 61 CHƯƠNG IV. BÀI TOÁN ỨNG DỤNG 63 1.1. Chọn đối tượng điều khiển 64 4.2 Nhận dạng đối tượng điều khiển 68 9 [...]... Minh ‘’ Điều khi n tối ưu bền vững ’ Nhà xuất bản KHKT 1999 [5] Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Văn Vỵ "Bài toán ổn định bền vững của hệ điều khi n thích nghi" Tuyển tập Hội nghị tự động hoá toàn quốc VICA-4, 187-191, 2000 10 [6] Phạm Thượng Hàn - Nguyễn Trọng Quế - Nguyễn Văn Hoà (1994), Điều khi n tối ưu Và bền vững, nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội [7] Phạm Công Ngô (1996), Lý thuyết điều khi n tự động, nhà... (1994), Điều khi n tối ưu Và bền vững, nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội [7] Phạm Công Ngô (1996), Lý thuyết điều khi n tự động, nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội [8] Nguyễn Thương Ngô, (1998), Lý thuyết điều khi n tự động hiện đại, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 11 12 ... kết quả bằng mô phỏng 4.5 Kết luận của chương 4 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 76 88 89 90 D Tài liệu tham khảo: [1] Petros A Ioannou."Robust Adaptive Control" Prentice-Hall PTR 1996 [2] Astrom, K.J and Wittenmark, B ‘’Adaptive Control’’ Addison-Wesley Publising Company 1995 [3] Bùi Quốc Khánh- Phạm Xuân Hải- Nguyễn Văn Liễn - Dương Văn Nghi; "Điều chỉnh tự động truyền động điện" Nhà xuất bản KHKT . ĐHTN 2 A.Tên luận văn: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TÍNH BỀN VỮNG CHO HỆ ĐKTN KHI ĐIỀU KHI N HỆ PHI TUYẾN CÓ THAM SỐ BIẾN THIÊN VÀ CHỊU NHIỄU TÁC ĐỘNG Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số: 605260 Tác giả: Hoàng Văn. HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HOÀNG VĂN TÁ NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TÍNH BỀN VỮNG CHO HỆ ĐKTN KHI ĐIỀU KHI N HỆ PHI TUYẾN CÓ THAM SỐ BIẾN THIÊN VÀ CHỊU NHIỄU TÁC ĐỘNG Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số: . phương pháp mô tả hệ phi tuyến. Nghiên cứu về hệ điều khi n bền vững đối tượng phi tuyến. Xác định được các nguyên nhân làm cho ĐKTN không bền vững khi điều khi n hệ phi tuyến. Đề xuất được